Origines et potentiel évolutif des intercastes chez la fourmi Mystrium rogeri

Origins and evolutive potential of intercastes the ant Mystrium rogeri

• Auteur / Autrice : Sylvain Londe
• Direction : Mathieu Molet, Thibaud Monnin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie
• Date : Soutenance le 15/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jürgen Heinze, Frederik Nijhout, Luc Abbadie, Vincent Fourcassié

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité phénotypique

Écologie

Fourmis

Mots clés libres

Evolution

Plasticité

Polyphenisme

Castes

Intercastes

Fourmis

Evolution

Plasticity

Résumé

Les colonies de fourmis produisent occasionnellement des individus intermédiaires entre les reines et les ouvrières (c.-À-D. intercastes). Les intercastes pourraient être impliquées dans l'évolution de nouvelles castes par un processus de réorganisation des phénotypes ancestraux. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons étudié la validité de trois corollaires de ce modèle évolutif chez la fourmi Mystrium rogeri: (i) les intercastes résultent de la réorganisation de caractères de reines et d'ouvrières; (ii) les intercastes sont susceptibles d'être fonctionnelles parce qu'elles recombinent des comportements qui ont déjà été testé par la sélection chez les reines et les ouvrières; (iii) certains phénotypes intercastes ressemblent à ceux des nouvelles castes ayant évolué de cette façon.Les résultats suggèrent que les intercastes sont générées par des niveaux intermédiaires de facteurs environnementaux induisant des réponses différentielles entre les modules. Les intercastes effectuent les mêmes tâches que les reines et les ouvrières et elles ne sont pas associées à des comportements aberrants. Elles sont plus impliquées que les reines et les ouvrières dans les interactions agonistes et peuvent ainsi entraîner des coûts à l'échelle de la colonie. Les intercastes peuvent attirer les mâles, s'accoupler et pondre des ¿ufs, présentant ainsi un fort potentiel reproducteur. Des changements de pressions de sélection sur les stratégies de reproduction sont alors susceptibles d'entrainer la fixation d'un phénotype intercaste par accommodation génétique. Nos résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle les intercastes peuvent être à l'origine de l'évolution des nouvelles castes.

Ant colonies occasionally produce individuals called intercastes. These are morphologically highly variable, but always intermediate between queens and workers. Because of their rarity, intercastes have been little studied. However, they may be involved in the evolution of novel castes through the reorganization of ancestral phenotypes (i.e. developmental recombination). In order to evaluate this hypothesis, we investigated the validity of three corollaries of this evolutionary model in the ant Mystrium rogeri: (i) intercastes must be produce by the reorganization of queen and workers characters following new genetic or environmental input; (ii) they are likely to be functional because they recombine behaviors that have already been tested by selection in queens and workers, unlike a random mutational process that mainly produces deleterious variants; (iii) some intercaste phenotypes may resemble those of new castes suspected to have evolved by this way. In agreement with the phenotypic reorganization hypothesis, our morphometric analyses suggest that intercastes are generated by intermediate levels of environmental factors inducing differential responses among modules. Behavioral records showed that intercastes perform the same tasks than queens and workers and therefore they are not associated with aberrant and costly behaviors. Nevertheless, they are more involved in agonistic interactions than queens and workers and thus may cause significant costs at the colonial level. Behavioral tests showed that some intercastes may attract males, mate, and lay diploid eggs, thereby demonstrating their high reproductive potential. Consequently, new selective pressures on the reproductive strategy may result in the selection of these intercastes and then the fixation of a new canalized phenotype by genetic accommodation of change. This process may explain the multiple evolutions of new reproductive castes (e.g. ergatoid queens). Overall, results presented in this work support the hypothesis that intercastes may be at the origin of the evolution of novel castes by developmental recombination.